JP5769023B2 - Method for producing silicon single crystal film - Google Patents

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Description

本発明は、薄層化され、自立性のあるシリコン単結晶膜およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a thinned and self-supporting silicon single crystal film and a method for manufacturing the same.

近年、太陽電池等の各種半導体装置を構成する半導体基板において、その厚さを薄膜化し、機器の小型化を図る要求が高まっている。特に、太陽電池においては、半導体層の薄層化によって、軽量化が図られるとともに半導体層の製造に必要な半導体材料の使用量が少なくなる利点がある。また、太陽電池構造を工夫することによって光−電気の変換効率を高めることが可能となり、さまざまな面で薄層化には利点が多い。また、薄膜化によって半導体基板のフレキシブル化を可能とし、各種機器の組み立ての簡易化、使用上の便益等の向上を図ることができる。   In recent years, there is an increasing demand for reducing the thickness of a semiconductor substrate constituting various semiconductor devices such as solar cells by reducing the thickness thereof. In particular, in a solar cell, there is an advantage that the use of a semiconductor material necessary for manufacturing the semiconductor layer is reduced while the weight is reduced by thinning the semiconductor layer. In addition, by devising the solar cell structure, it becomes possible to increase the conversion efficiency of light-electricity, and there are many advantages for thinning in various aspects. In addition, the semiconductor substrate can be made flexible by thinning the film, and assembling of various devices can be simplified and the benefits in use can be improved.

従来のバルクシリコンウエファーの場合、機械的な研削や研磨法での薄層化等にはハンドリング(取り扱い)の面で限界があり、新たな薄層化の方法が提案されている。その一例としてSOI(silicon on insulator)構造のシリコンウエファーが注目されている。   In the case of a conventional bulk silicon wafer, thinning by mechanical grinding or polishing has a limit in handling (handling), and a new thinning method has been proposed. As an example, a silicon wafer having an SOI (silicon on insulator) structure has attracted attention.

SOI構造のウエファーの製造方法としては、貼り合わせ法やSIMOX(separation by implanted oxygen)法等が知られている。近年では、薄いSOI層を有するSOIウエファーの製造として、幅広い膜厚の範囲でSOI層を得る観点から、貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法(スマートカット(登録商標)法とも呼ばれる。)が提案されている(特許文献1および2参照)。   As a method for manufacturing a wafer having an SOI structure, a bonding method, a SIMOX (separation by imprinted oxygen) method, and the like are known. In recent years, as an SOI wafer having a thin SOI layer, it is also called an ion implantation separation method (Smart Cut (registered trademark) method), which is one of bonding methods, from the viewpoint of obtaining an SOI layer in a wide range of film thicknesses. ) Has been proposed (see Patent Documents 1 and 2).

このイオン注入剥離法は、シリコンウエファーの表面に酸化膜を形成すると共に、そのシリコンウエファーの上面から水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一方を注入し、シリコンウエファー内部に微小気泡層(封入層)を形成する。次に、イオンを注入した方の面を、酸化膜を介してベース基板と接合させる。その後、熱処理(剥離熱処理)を加えて、微小気泡層を劈開面とし、ベース基板側に、シリコンウエファーを薄膜状に剥離する。さらに、熱処理(結合熱処理)を加え、酸化膜を介して接合させたベース基板上に、剥離された薄膜状のシリコン膜を強固に結合させ、SOIウエファーとする技術である。   In this ion implantation separation method, an oxide film is formed on the surface of the silicon wafer, and at least one of hydrogen ions or rare gas ions is implanted from the upper surface of the silicon wafer, and a microbubble layer (encapsulation layer) is formed inside the silicon wafer. Form. Next, the surface into which ions are implanted is bonded to the base substrate through an oxide film. Thereafter, heat treatment (peeling heat treatment) is applied to make the microbubble layer into a cleavage plane, and the silicon wafer is peeled off in a thin film shape on the base substrate side. Furthermore, a heat treatment (bonding heat treatment) is applied, and the peeled thin film silicon film is firmly bonded onto a base substrate bonded through an oxide film to form an SOI wafer.

しかしながら、このようなイオン注入剥離法においては、熱処理(剥離熱処理)を加えて、微小気泡層を劈開面としてシリコンウエファーを薄膜状に剥離する際、1000℃程度の熱を加える必要がある。そのため、イオンを注入した側のシリコンウエファーの表面に接合させるベース基板は、別のシリコンウエファーやガラス基板などの耐熱性の高い(1000℃程度の加熱に耐えられる)材料に限られ、ベース基板の材料選択に制限があった。   However, in such an ion implantation delamination method, it is necessary to apply heat at about 1000 ° C. when a silicon wafer is exfoliated into a thin film with a microbubble layer as a cleavage plane by applying a heat treatment (separation heat treatment). Therefore, the base substrate to be bonded to the surface of the silicon wafer on which ions are implanted is limited to a material having high heat resistance (can withstand heating at about 1000 ° C.) such as another silicon wafer or a glass substrate. There were restrictions on material selection.

さらに、イオン注入剥離法により得られるシリコン膜は、微小気泡層から劈開面で剥離することにより形成されているため、膜厚の制御は困難であった。そのため、さらなる薄層化を図るにあたって、ベース基板上に形成されたシリコン膜の研磨等を行っても、均一な薄層化は困難であった。   Furthermore, since the silicon film obtained by the ion implantation separation method is formed by peeling from the microbubble layer at the cleavage plane, it is difficult to control the film thickness. For this reason, even when the silicon film formed on the base substrate is polished for further thinning, it has been difficult to achieve uniform thinning.

また、イオン注入剥離法においては、ベース基板上にシリコン膜が形成されるため、このようなシリコン膜は自立性や変形性に劣り、後工程でのハンドリングが困難であった。   In the ion implantation separation method, since a silicon film is formed on the base substrate, such a silicon film is inferior in its self-supporting property and deformability and is difficult to handle in a subsequent process.

このように、イオン注入剥離法により得られるシリコン膜においては、薄層化、フレキシブル化および大面積化を同時に達成することは極めて困難であった。   As described above, in the silicon film obtained by the ion implantation delamination method, it has been extremely difficult to simultaneously achieve thinning, flexibility and large area.

特開平5−211128号公報JP-A-5-211128 特開平10−321548号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-321548

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より薄層化された自立性のシリコン単結晶膜を提供し、また、剥離時の熱処理温度を格段に低減することができる新たなシリコン単結晶膜の形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a thinned self-supporting silicon single crystal film, and a new heat treatment temperature at the time of peeling can be remarkably reduced. An object is to provide a method for forming a silicon single crystal film.

このような課題の解決を目的とした本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]Siの含有率が、90原子%以上であり、
厚みが、50μm以下であり、
自立性のあるシリコン単結晶膜。
The gist of the present invention aimed at solving such problems is as follows.
[1] The Si content is 90 atomic% or more,
The thickness is 50 μm or less,
Self-supporting silicon single crystal film.

[2]面積が、0.1〜1000cmである[1]に記載のシリコン単結晶膜。 [2] The silicon single crystal film according to [1], wherein the area is 0.1 to 1000 cm 2 .

[3][1]に記載のシリコン単結晶膜と耐熱性樹脂膜とを積層してなるシリコン単結晶積層体。 [3] A silicon single crystal laminate formed by laminating the silicon single crystal film according to [1] and a heat resistant resin film.

[4]単結晶シリコンウエファー上に、ハロゲン含有シリコン層を形成する工程(1)と、
前記ハロゲン含有シリコン層の表面に、所望の厚みの高純度シリコン単結晶膜を形成する工程(2)と、
前記高純度シリコン単結晶膜上に耐熱性樹脂膜を形成する工程(3)と、
加熱により、前記高純度シリコン単結晶膜を前記耐熱性樹脂膜と共に、前記ハロゲン含有シリコン層にて剥離する工程(4)とを有するシリコン単結晶膜の製造方法。
[4] A step (1) of forming a halogen-containing silicon layer on a single crystal silicon wafer;
A step (2) of forming a high-purity silicon single crystal film having a desired thickness on the surface of the halogen-containing silicon layer;
Forming a heat-resistant resin film on the high-purity silicon single crystal film (3);
And a step (4) of peeling the high-purity silicon single crystal film together with the heat-resistant resin film with the halogen-containing silicon layer by heating.

[5]前記工程(1)および(2)が、エピタキシャル成長法により行われる[4]に記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 [5] The method for producing a silicon single crystal film according to [4], wherein the steps (1) and (2) are performed by an epitaxial growth method.

[6]前記工程(1)および(2)が、プラズマCVD法により行われる[4]または[5]に記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 [6] The method for producing a silicon single crystal film according to [4] or [5], wherein the steps (1) and (2) are performed by a plasma CVD method.

[7]前記耐熱性樹脂膜が、ポリイミド樹脂からなる請求項[4]〜[6]のいずれかに記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 [7] The method for producing a silicon single crystal film according to any one of [4] to [6], wherein the heat-resistant resin film is made of a polyimide resin.

[8]前記工程(4)において、加熱温度が200〜700℃であることを特徴とする請求項[4]〜[7]のいずれかに記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 [8] The method for producing a silicon single crystal film according to any one of [4] to [7], wherein in the step (4), the heating temperature is 200 to 700 ° C.

図1(A)〜(F)は、シリコン単結晶膜の製造工程を示す要部断面図である。1A to 1F are cross-sectional views showing the main parts of the manufacturing process of a silicon single crystal film.

以下、本発明を、以下に示す実施形態に基づき、図面を参照してさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings based on the following embodiments.

<シリコン単結晶膜>
本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、Siを主成分としている。具体的には、本実施形態に係るシリコン単結晶膜は、90原子%以上、好ましくは97原子%以上のSi原子を含有している。
<Silicon single crystal film>
The silicon single crystal film 6 according to the present embodiment contains Si as a main component. Specifically, the silicon single crystal film according to the present embodiment contains 90 atomic% or more, preferably 97 atomic% or more of Si atoms.

また、本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、Si以外の成分として、10原子%以下のハロゲン原子を含有していてもよい。また、ハロゲン原子の含有率は少ないほど好ましく、3原子%以下であることが特に好ましい。   Moreover, the silicon single crystal film 6 according to the present embodiment may contain 10 atom% or less of halogen atoms as components other than Si. The halogen atom content is preferably as low as possible, and particularly preferably 3 atomic percent or less.

本実施形態に係るシリコン単結晶膜6の厚みは、50μm以下であり、好ましくは、10μm以下である。なお、厚みの下限は、特に限定されないが、膜の強度、均一性などの観点から0.5μm以上が好ましい。   The thickness of the silicon single crystal film 6 according to this embodiment is 50 μm or less, and preferably 10 μm or less. The lower limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or more from the viewpoint of film strength and uniformity.

本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、自立性である。本発明における自立性とは、柔軟な樹脂膜と積層した状態でも、形態を保てる程度の自立性を意味する。
本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、薄層化された自立性の単結晶膜であり、柔軟性に優れ、使用上の便益等の向上を図ることが可能となる。
The silicon single crystal film 6 according to the present embodiment is self-supporting. The self-supporting property in the present invention means a self-supporting property that can maintain the form even when laminated with a flexible resin film.
The silicon single crystal film 6 according to the present embodiment is a thin self-supporting single crystal film, is excellent in flexibility, and can improve the benefits in use.

本実施形態に係るシリコン単結晶膜6の面積は、好ましくは0.1〜1000cmである。本発明のシリコン単結晶膜6は後述する方法で得られ、大面積でありながら表面は平滑で、厚みの均一性が高い。このように大面積であり、自立性、柔軟性に優れた本発明のシリコン単結晶膜は、幅広い用途に用いることが可能である。 The area of the silicon single crystal film 6 according to the present embodiment is preferably 0.1 to 1000 cm 2 . The silicon single crystal film 6 of the present invention is obtained by the method described later, has a large area, has a smooth surface, and has high thickness uniformity. The silicon single crystal film of the present invention having such a large area and excellent self-supporting property and flexibility can be used for a wide range of applications.

<シリコン単結晶積層体>
本実施形態に係るシリコン単結晶積層体は、前記シリコン単結晶膜6と耐熱性樹脂膜5とを積層してなる積層体である。
<Silicon single crystal laminate>
The silicon single crystal laminate according to this embodiment is a laminate formed by laminating the silicon single crystal film 6 and the heat resistant resin film 5.

耐熱性樹脂膜5としては、軟化点を有しない熱硬化性樹脂か、軟化点が200℃以上の樹脂が好ましく、具体的には、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。本実施形態では、好ましくはポリイミド樹脂である。   The heat-resistant resin film 5 is preferably a thermosetting resin having no softening point or a resin having a softening point of 200 ° C. or higher. Specifically, a thermosetting resin such as a polyimide resin can be used. In the present embodiment, a polyimide resin is preferable.

耐熱性樹脂膜5の厚みは、特に限定されないが、本実施形態では、好ましくは1〜700μmである。   The thickness of the heat resistant resin film 5 is not particularly limited, but is preferably 1 to 700 μm in this embodiment.

なお、シリコン単結晶積層体を太陽電池用などデバイスとして使用する場合は、積層体には、金属膜が含まれていてもよい。金属膜は、シリコン単結晶膜6と耐熱性樹脂膜5との間に配置してもよいし、耐熱性樹脂膜5と接触していない側のシリコン単結晶膜6上に配置してもよいし、その両方に配置してもよい。   In addition, when using a silicon single crystal laminated body as devices, such as for solar cells, the laminated body may contain the metal film. The metal film may be disposed between the silicon single crystal film 6 and the heat resistant resin film 5 or may be disposed on the silicon single crystal film 6 on the side not in contact with the heat resistant resin film 5. However, it may be arranged in both of them.

金属膜を構成する金属としては、Cr、Al、Ag等が挙げられる。本実施形態では、好ましくは、Agである。   Examples of the metal constituting the metal film include Cr, Al, and Ag. In the present embodiment, Ag is preferable.

金属膜の厚みは、特に限定されないが、本実施形態では、好ましくは0.01〜700μmである。この範囲とすることで、剥離した際フィルム上の金属薄膜にクラックが入ることなく剥離することができ良好である。   Although the thickness of a metal film is not specifically limited, In this embodiment, Preferably it is 0.01-700 micrometers. By setting it as this range, when peeling, the metal thin film on the film can be peeled without cracks, which is favorable.

積層される金属膜は、後工程において、電極等の形状に加工されてもよい。   The metal film to be laminated may be processed into a shape such as an electrode in a subsequent process.

金属膜の形成方法としては、特に限定されず、本発明のシリコン単結晶膜6上に金属を蒸着、スパッタリング、塗布法等の方法で形成することができる。   The method for forming the metal film is not particularly limited, and the metal can be formed on the silicon single crystal film 6 of the present invention by a method such as vapor deposition, sputtering, or coating.

本発明のシリコン単結晶膜/金属膜積層体は、太陽電池等の各種半導体装置の製造に用いられる。   The silicon single crystal film / metal film laminate of the present invention is used for manufacturing various semiconductor devices such as solar cells.

<シリコン単結晶膜の製造方法>
次に、本実施形態に係るシリコン単結晶膜6を製造する方法について説明する。
<Method for producing silicon single crystal film>
Next, a method for manufacturing the silicon single crystal film 6 according to this embodiment will be described.

工程(1)
まず、基板となる単結晶シリコンウエファー1上に、ハロゲン含有シリコン層3を形成する。
Process (1)
First, a halogen-containing silicon layer 3 is formed on a single crystal silicon wafer 1 that serves as a substrate.

基板として用いる単結晶シリコンウエファー1は、特に限定されないが、表裏面が鏡面加工され、厚みが100〜700μm程度のシリコンウエファーが好ましく用いられる。   The single crystal silicon wafer 1 used as the substrate is not particularly limited, but a silicon wafer having a mirror surface processed on the front and back surfaces and a thickness of about 100 to 700 μm is preferably used.

上記単結晶シリコンウエファー1の面積は、好ましくは0.1〜1000cm、より好ましくは1〜200cmである。シリコン単結晶膜6の面積は、基板となる単結晶シリコンウエファー1の面積とほぼ等しい。 The area of the single crystal silicon wafer 1 is preferably 0.1 to 1000 cm 2 , more preferably 1 to 200 cm 2 . The area of the silicon single crystal film 6 is substantially equal to the area of the single crystal silicon wafer 1 that becomes the substrate.

本実施形態では、ハロゲン含有シリコン層3の形成は、エピタキシャル成長法により行われる。エピタキシャル成長を行う方法としては、プラズマCVD法や、熱CVDや蒸着、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法、パルスレーザーディポジション法、スパッタリング法を用いることができる。   In the present embodiment, the halogen-containing silicon layer 3 is formed by an epitaxial growth method. As a method for performing epitaxial growth, plasma CVD, thermal CVD, vapor deposition, laser ablation, molecular beam epitaxy, pulsed laser deposition, or sputtering can be used.

本実施形態では、プラズマCVD法を用いることが好ましい。プラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition、化学蒸着)は、原料となる反応ガスをプラズマ状態にし,活性なラジカルやイオンを生成させ,活性環境下で化学反応を行わせ、基板上に膜を堆積させる方法である。   In this embodiment, it is preferable to use a plasma CVD method. The plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition) is a method in which a reaction gas as a raw material is put into a plasma state, active radicals and ions are generated, a chemical reaction is performed in an active environment, and a film is deposited on a substrate. It is.

原料ガス(反応ガス)としては、SiF、SiH、SiCl、SiHCl、SiHCl等のハロゲン化シランガスと水素ガスの混合ガスを用いることができる。また、キャリアガスとして、たとえば、He、Ar及びその混合物を用いることもできる。 As the source gas (reaction gas), a mixed gas of a halogenated silane gas such as SiF 4 , SiH 2 F 2 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 and hydrogen gas can be used. As the carrier gas, for example, He, Ar, and a mixture thereof can be used.

本実施形態では、ハロゲン化シランと水素の混合ガスが好ましく用いられる。水素ガスおよびハロゲン化シランガス中でプラズマを発生させ、エピタキシャル成長によりハロゲン含有シリコン層3の形成が開始される。   In the present embodiment, a mixed gas of halogenated silane and hydrogen is preferably used. Plasma is generated in hydrogen gas and halogenated silane gas, and formation of the halogen-containing silicon layer 3 is started by epitaxial growth.

ハロゲン含有シリコン層3は、エピタキシャル成長をする間に、ハロゲン原子をシリコン層の構造中に取り込みながら成長するため、後述する高純度シリコン単結晶膜4に比べて脆い構造となる。そのため、高純度シリコン単結晶膜4を剥離する際、該ハロゲン含有シリコン層3が破断面となり、ハロゲン含有シリコン層3が破断することによりシリコン単結晶膜6が剥離されると考えられる。   Since the halogen-containing silicon layer 3 grows while incorporating halogen atoms into the structure of the silicon layer during epitaxial growth, the halogen-containing silicon layer 3 has a fragile structure as compared to the high-purity silicon single crystal film 4 described later. Therefore, it is considered that when the high-purity silicon single crystal film 4 is peeled off, the halogen-containing silicon layer 3 becomes a fracture surface, and the halogen-containing silicon layer 3 is broken to peel the silicon single crystal film 6.

原料ガス中のハロゲン化シランガスと水素ガスの濃度比は1:100〜10:100であり、より好ましくは、2:100〜8:100である。この範囲にすることにより、結晶性の良い単結晶シリコン膜4が形成できる。該濃度比より小さい場合は、エッチングが支配的となり、膜の形成が著しく遅くなる。大きい場合には結晶性に乱れが生じるので好ましくない。   The concentration ratio between the halogenated silane gas and the hydrogen gas in the raw material gas is 1: 100 to 10: 100, more preferably 2: 100 to 8: 100. By setting this range, the single crystal silicon film 4 with good crystallinity can be formed. When the concentration ratio is smaller than this, etching becomes dominant and the film formation is remarkably slowed. If it is large, the crystallinity is disturbed, which is not preferable.

反応容器内の圧力は、エピタキシャル成長を行う方法により異なるが、10−5Pa〜10Paが好ましい。より、好ましくは10−3〜10−1Paとするのが好ましい。 The pressure in the reaction vessel varies depending on the method of epitaxial growth, but is preferably 10 −5 Pa to 10 Pa. More preferably, it is preferably 10 −3 to 10 −1 Pa.

反応温度は、30〜800℃である。好ましくは100℃〜600℃である。該反応温度範囲であれば結晶性が高い単結晶シリコン膜4が得られる。30℃以下ではハロゲン含有シリコン層3がシリコンウエファー1に密着せず、ハロゲン含有シリコン層3を形成することが出来ない。800℃では、エピタキシャル成長する間にハロゲン原子がシリコン層中に十分に取り込まれず、所望のハロゲン含有シリコン層3が形成されない。そのため、単結晶シリコン膜6が剥離しない傾向がある。   The reaction temperature is 30 to 800 ° C. Preferably it is 100 to 600 degreeC. Within the reaction temperature range, the single crystal silicon film 4 having high crystallinity is obtained. Below 30 ° C., the halogen-containing silicon layer 3 does not adhere to the silicon wafer 1 and the halogen-containing silicon layer 3 cannot be formed. At 800 ° C., halogen atoms are not sufficiently taken into the silicon layer during epitaxial growth, and the desired halogen-containing silicon layer 3 is not formed. Therefore, the single crystal silicon film 6 tends not to peel off.

ハロゲン含有シリコン層3の厚さは、必要に応じて適宜変更できる。なお、本実施形態では、好ましくは0.05〜3μmである。この範囲とすることで、高純度シリコン単結晶膜4を良好に形成でき、かつ容易に剥離することが可能となる。なお、ハロゲン含有シリコン層3の厚さが薄すぎると、剥離が困難となる傾向があり、厚すぎると、高純度シリコン単結晶膜4が良好に形成できない傾向がある。   The thickness of the halogen-containing silicon layer 3 can be changed as necessary. In the present embodiment, it is preferably 0.05 to 3 μm. By setting this range, the high-purity silicon single crystal film 4 can be satisfactorily formed and can be easily peeled off. If the halogen-containing silicon layer 3 is too thin, peeling tends to be difficult, and if it is too thick, the high-purity silicon single crystal film 4 tends not to be formed well.

ハロゲン含有シリコン層3のハロゲン含有率は、好ましくは0.05〜10原子%以下であり、さらに好ましくは0.1〜3原子%以下である。この範囲に制御することにより、高純度シリコン単結晶膜4を良好に、かつ容易に剥離することが可能となる。なお、ハロゲン含有シリコン層3のハロゲン含有率が少なすぎると、剥離が困難となる傾向があり、多すぎると、高純度シリコン単結晶膜4が良好に形成できない傾向がある。   The halogen content of the halogen-containing silicon layer 3 is preferably 0.05 to 10 atom% or less, more preferably 0.1 to 3 atom% or less. By controlling within this range, the high purity silicon single crystal film 4 can be favorably and easily peeled off. Note that if the halogen content of the halogen-containing silicon layer 3 is too low, peeling tends to be difficult, and if it is too high, the high-purity silicon single crystal film 4 tends not to be formed well.

なお、本実施形態においては、ハロゲン含有シリコン層3の形成に先立ち、水素ガスの濃度を調節することにより、基板となる単結晶シリコンウエファー1上の酸化膜2を除去する表面処理(工程(0))を行うことができる。   In this embodiment, prior to the formation of the halogen-containing silicon layer 3, the surface treatment (step (0)) is performed to adjust the concentration of hydrogen gas to remove the oxide film 2 on the single crystal silicon wafer 1 serving as the substrate. ))It can be performed.

工程(0)における、反応ガスは水素ガス100%かあるいは、SiCl4またはSiFガスをHe、Arなどの希ガスで希釈して用いることができる。このようにすることで、図1(A)に示すような単結晶シリコンウエファー1の表面に付着している酸化膜2を、図1(B)に示すように除去することができる。さらに、単結晶シリコンウエファー1上にハロゲンを残存させることができ、本発明の単結晶シリコン薄膜を得るのに好適である。 In the step (0), the reaction gas may be 100% hydrogen gas, or SiCl 4 or SiF 4 gas diluted with a rare gas such as He or Ar. By doing so, the oxide film 2 adhering to the surface of the single crystal silicon wafer 1 as shown in FIG. 1A can be removed as shown in FIG. Furthermore, halogen can remain on the single crystal silicon wafer 1, which is suitable for obtaining the single crystal silicon thin film of the present invention.

単結晶シリコンウエファー1の表面処理(工程(0))は、単結晶シリコンウエファー1の状態に応じて、適宜選択する。また、あらかじめ図1(B)に示すような表面処理が施された単結晶シリコンウエファー1を用いることもできる。   The surface treatment (step (0)) of the single crystal silicon wafer 1 is appropriately selected according to the state of the single crystal silicon wafer 1. Alternatively, a single crystal silicon wafer 1 that has been surface-treated as shown in FIG.

工程(2)
次に、ハロゲン含有シリコン層3上に、高純度シリコン単結晶膜4を形成する。
Process (2)
Next, a high-purity silicon single crystal film 4 is formed on the halogen-containing silicon layer 3.

本実施形態では、高純度シリコン単結晶膜4の形成は、前記工程(1)と同様に、エピタキシャル成長により行われる。エピタキシャル成長を行う方法としては、プラズマCVD法や、熱CVDや蒸着、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法、パルスレーザーディポジション法、スパッタリング法を用いることができる。なお、本実施形態では、プラズマCVD法が好ましい。   In the present embodiment, the high-purity silicon single crystal film 4 is formed by epitaxial growth as in the step (1). As a method for performing epitaxial growth, plasma CVD, thermal CVD, vapor deposition, laser ablation, molecular beam epitaxy, pulsed laser deposition, or sputtering can be used. In the present embodiment, the plasma CVD method is preferable.

原料ガスとしては、好ましくはSiF、SiCl、SiHCl、SiHCl,SiH、SiH、Si等のシランガスと水素ガスの混合ガスを用いることができる。 As the source gas, a mixed gas of silane gas and hydrogen gas such as SiF 4 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 2 F 2 , SiH 4 , Si 2 H 6, or the like can be preferably used.

原料ガス中のシランガスと水素ガスの濃度比は0.5:100〜10:100であり、より好ましくは、1:100〜5:100である。   The concentration ratio of silane gas and hydrogen gas in the raw material gas is 0.5: 100 to 10: 100, more preferably 1: 100 to 5: 100.

反応温度は、30〜800℃である。より好ましくは、100℃〜600℃である。この範囲とすることにより結晶性の良い高純度単結晶シリコン膜4を形成することができる。   The reaction temperature is 30 to 800 ° C. More preferably, it is 100 degreeC-600 degreeC. By setting it within this range, a high-purity single crystal silicon film 4 with good crystallinity can be formed.

高純度シリコン単結晶膜4には、99原子%以上、好ましくは99.9原子%以上、Siが含有されている。   The high-purity silicon single crystal film 4 contains 99 atomic% or more, preferably 99.9 atomic% or more of Si.

高純度シリコン単結晶膜4の厚さは、反応時間の制御等により、必要に応じて適宜変更することができ、本実施形態では、好ましくは、50μm以下であり、さらに好ましくは、10μm以下である。   The thickness of the high-purity silicon single crystal film 4 can be appropriately changed as necessary by controlling the reaction time, and is preferably 50 μm or less, more preferably 10 μm or less in the present embodiment. is there.

なお、厚みの下限は、特に限定されないが、膜の強度、均一性などの観点から0.5μm以上が好ましい。これ以上薄くなると、後述する剥離工程(4)で、基板である単結晶シリコンウエファー1側から、高純度シリコン単結晶膜4を良好に剥離することが困難となる。   The lower limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or more from the viewpoint of film strength and uniformity. If it becomes thinner than this, it becomes difficult to peel the high-purity silicon single crystal film 4 satisfactorily from the single crystal silicon wafer 1 side, which is the substrate, in the peeling step (4) described later.

工程(3)
次に、前記高純度シリコン単結晶膜4上に耐熱性樹脂膜5を形成する。
形成方法としては、高純度シリコン単結晶膜4と耐熱性樹脂膜5とが密着すればよく、特に限定されない。例えば、高純度シリコン単結晶膜4上に耐熱性樹脂をスピンコート法等で膜形成してもよいし、既にシート状に成形された耐熱性樹脂膜と貼り合わせてもよい。
Step (3)
Next, a heat resistant resin film 5 is formed on the high purity silicon single crystal film 4.
The formation method is not particularly limited as long as the high-purity silicon single crystal film 4 and the heat-resistant resin film 5 are in close contact with each other. For example, a heat-resistant resin film may be formed on the high-purity silicon single crystal film 4 by a spin coat method or the like, or may be bonded to a heat-resistant resin film already formed into a sheet shape.

耐熱性樹脂膜5は、可撓性および高純度シリコン単結晶膜4との密着性に優れ、後述する剥離工程(4)の加熱によって収縮する耐熱性樹脂により構成されている。   The heat-resistant resin film 5 is excellent in flexibility and adhesiveness with the high-purity silicon single crystal film 4, and is made of a heat-resistant resin that shrinks by heating in a peeling step (4) described later.

耐熱性樹脂としては、軟化点を有しない熱硬化性樹脂か、軟化点が200℃以上の樹脂が好ましく、具体的には、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。本実施形態では、好ましくはポリイミド樹脂である。   As the heat-resistant resin, a thermosetting resin having no softening point or a resin having a softening point of 200 ° C. or higher is preferable. Specifically, a thermosetting resin such as a polyimide resin can be used. In the present embodiment, a polyimide resin is preferable.

耐熱性樹脂膜5の厚さは、好ましくは1〜700μmであり、この範囲に制御することにより、高純度シリコン単結晶膜4を良好に、かつ容易に剥離することが可能となる。   The thickness of the heat resistant resin film 5 is preferably 1 to 700 μm, and by controlling within this range, the high purity silicon single crystal film 4 can be favorably and easily peeled off.

工程(4)
次に、前記耐熱性樹脂膜5が形成された前記高純度シリコン単結晶膜4を加熱することにより、高純度シリコン単結晶膜4を前記耐熱性樹脂膜5と共に、基板である単結晶シリコンウエファー1から剥離する。
Step (4)
Next, by heating the high-purity silicon single crystal film 4 on which the heat-resistant resin film 5 is formed, the high-purity silicon single crystal film 4 together with the heat-resistant resin film 5 is used as a single crystal silicon wafer as a substrate. Peel from 1.

加熱温度は、好ましくは200〜700℃、より好ましくは300〜500℃である。従来のイオン注入法などと比較して、低い温度で高純度シリコン単結晶膜4を基板である単結晶シリコンウエファー1から剥離することが可能である。   The heating temperature is preferably 200 to 700 ° C, more preferably 300 to 500 ° C. Compared with a conventional ion implantation method or the like, it is possible to peel the high-purity silicon single crystal film 4 from the single crystal silicon wafer 1 as a substrate at a low temperature.

加熱温度は、前記耐熱性樹脂膜5の収縮温度および耐熱温度との関係で適宜変更することができる。
所定の加熱温度まで加熱されることにより、耐熱性樹脂膜5が収縮・変形し、主にハロゲン含有シリコン層3に内部応力がかかることで、耐熱性樹脂膜5と共に高純度シリコン単結晶膜4が、基板である単結晶シリコンウエファー1から剥離されると考えられる。
The heating temperature can be appropriately changed in relation to the shrinkage temperature and heat resistance temperature of the heat resistant resin film 5.
By heating to a predetermined heating temperature, the heat-resistant resin film 5 contracts and deforms, and mainly internal stress is applied to the halogen-containing silicon layer 3, so that the high-purity silicon single crystal film 4 together with the heat-resistant resin film 5 is applied. Is considered to be peeled off from the single crystal silicon wafer 1 as the substrate.

高純度シリコン単結晶膜4が剥離する具体的な機構は明らかではないが、以下のような機構である可能性が考えられる。   Although the specific mechanism by which the high-purity silicon single crystal film 4 peels is not clear, the possibility of the following mechanism is conceivable.

前記ハロゲン含有シリコン層3は、ハロゲン原子を含んでおり、当該ハロゲン原子はハロゲン含有シリコン層3において、シリコン結晶の欠損となっている。このため、高純度シリコン単結晶膜4や、単結晶シリコンウエファー1と比較して、脆い構造であると考えられる。   The halogen-containing silicon layer 3 contains a halogen atom, and the halogen atom is a defect of a silicon crystal in the halogen-containing silicon layer 3. For this reason, compared with the high-purity silicon single crystal film 4 or the single crystal silicon wafer 1, it is considered that the structure is brittle.

周囲と比較して弱い構造であるハロゲン含有シリコン層3には、加熱による応力が集中しやすく、熱衝撃により破断面となって、高純度シリコン単結晶膜4が、基板である単結晶シリコンウエファー1から剥離されると考えられる。   The halogen-containing silicon layer 3 having a weak structure as compared with the surroundings tends to concentrate stress due to heating and becomes a fracture surface due to thermal shock, so that the high-purity silicon single crystal film 4 is a single crystal silicon wafer as a substrate. 1 is considered to be peeled off.

なお、上記の機構はあくまで可能性の例示であり、何ら限定されるものではなく、例えば、破断面は、ハロゲン含有シリコン層3に限られず、ハロゲン含有シリコン層3と高純度シリコン単結晶膜4との界面やハロゲン含有シリコン層3と単結晶シリコンウエファー1との界面、高純度シリコン単結晶膜4等であってもよい。   Note that the above mechanism is merely an example of the possibility, and is not limited at all. For example, the fracture surface is not limited to the halogen-containing silicon layer 3, but the halogen-containing silicon layer 3 and the high-purity silicon single crystal film 4. Or an interface between the halogen-containing silicon layer 3 and the single crystal silicon wafer 1, a high-purity silicon single crystal film 4 or the like.

好ましくは、このようにして得られた本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、主に高純度シリコン単結晶膜4で構成されており、Siを主成分としている。   Preferably, the silicon single crystal film 6 according to the present embodiment obtained in this way is mainly composed of a high-purity silicon single crystal film 4 and contains Si as a main component.

さらに、本実施形態に係るシリコン単結晶膜6は、表面の一方に、ハロゲン含有シリコン層3の一部が残存していてもよい。なお、残存するハロゲン含有シリコン層3の面積や厚みは何ら限定されるものではなく、ハロゲン含有シリコン層3が残存していなくてもよい。   Furthermore, in the silicon single crystal film 6 according to the present embodiment, a part of the halogen-containing silicon layer 3 may remain on one surface. The area and thickness of the remaining halogen-containing silicon layer 3 are not limited at all, and the halogen-containing silicon layer 3 may not remain.

このようにして得られた本発明のシリコン単結晶膜6は、厚みが50μm以下と薄層化されているにも関わらず、自立性であり、柔軟性に優れ、使用上の便益等の向上を図ることが可能となる。   The silicon single crystal film 6 of the present invention thus obtained is self-supporting, excellent in flexibility, and improved in convenience of use, despite being thinned to a thickness of 50 μm or less. Can be achieved.

また、本発明のシリコン単結晶膜6は、基板となる単結晶シリコンウエファー1を大型化することで、大径のシリコン単結晶膜6を製造することも可能である。そのため、本発明のシリコン単結晶膜6は、幅広い用途に用いることが可能となる。   In addition, the silicon single crystal film 6 of the present invention can be manufactured by increasing the size of the single crystal silicon wafer 1 serving as a substrate. Therefore, the silicon single crystal film 6 of the present invention can be used for a wide range of applications.

その他、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、耐熱性樹脂膜5の種類によって、適切な剥離温度は異なり、また装置等の仕様により各工程における温度等が異なってくることは無論である。さらに、各部の厚み寸法等も一例にすぎない等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the appropriate peeling temperature differs depending on the type of the heat-resistant resin film 5, and it goes without saying that the temperature in each process varies depending on the specifications of the apparatus and the like. Furthermore, the thickness dimension of each part is only an example, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist of the present invention.

実施例1
両面が鏡面加工された(1,0,0)面の単結晶シリコンウエファー1(直径:2インチ)を平行平板型プラズマCVD装置の試料ホルダー(アノード電極)にセットした。該ホルダー内部に埋め込まれている加熱ヒーターに通電して、単結晶シリコンウエファー1を350℃になるまで加熱するとともに、ターボ分子ポンプによりプラズマCVD装置内を真空引きして10−5Paとした。
<工程(0)>
Example 1
A single crystal silicon wafer 1 (diameter: 2 inches) having a (1, 0, 0) surface with both surfaces mirror-finished was set on a sample holder (anode electrode) of a parallel plate type plasma CVD apparatus. The heater embedded in the holder was energized to heat the single crystal silicon wafer 1 to 350 ° C., and the plasma CVD apparatus was evacuated by a turbo molecular pump to 10 −5 Pa.
<Process (0)>

まず、単結晶シリコンウエファー1表面に自然形成されている酸化膜2を除去するために、水素ガスの流量を100cc/分として、プラズマCVD装置内に水素ガスを供給し、試料をセットしたホルダーと対向するカソード電極に100Wの高周波出力を供給し、水素ガスプラズマを発生させた。約5分プラズマ処理することにより単結晶シリコンウエファー1表面の自然酸化膜2を除去した。酸化膜2の有無は、装置に付属している分光エリプソメーターによりその場観察することで確認した。
<工程(1)>
First, in order to remove the oxide film 2 naturally formed on the surface of the single crystal silicon wafer 1, the hydrogen gas is supplied at a flow rate of 100 cc / min, the hydrogen gas is supplied into the plasma CVD apparatus, A high-frequency output of 100 W was supplied to the facing cathode electrode to generate hydrogen gas plasma. The natural oxide film 2 on the surface of the single crystal silicon wafer 1 was removed by plasma treatment for about 5 minutes. The presence or absence of the oxide film 2 was confirmed by in-situ observation with a spectroscopic ellipsometer attached to the apparatus.
<Step (1)>

次に、ハロゲン含有シリコン層3を形成するために、SiFガス流量を5cc/分、水素ガス流量を100cc/分として、カソード電極に100Wの高周波出力を30分供給した。この時、単結晶シリコンウエファー1の温度は350℃とした。この処理で、単結晶シリコンウエファー1表面に0.5μmのハロゲン含有シリコン層3を形成した。 Next, in order to form the halogen-containing silicon layer 3, the SiF 4 gas flow rate was 5 cc / min, the hydrogen gas flow rate was 100 cc / min, and a high frequency output of 100 W was supplied to the cathode electrode for 30 minutes. At this time, the temperature of the single crystal silicon wafer 1 was set to 350 ° C. By this treatment, a halogen-containing silicon layer 3 having a thickness of 0.5 μm was formed on the surface of the single crystal silicon wafer 1.

その後、サンプルをプラズマCVD装置内から取り出し、ハロゲン含有シリコン層3について、ハロゲン含有率の測定を行った。
<工程(2)>
Thereafter, the sample was taken out from the plasma CVD apparatus, and the halogen content of the halogen-containing silicon layer 3 was measured.
<Step (2)>

次に、ハロゲン含有シリコン層3の上に、高純度シリコン単結晶膜4を形成するため、SiH4ガスを5cc/分、水素ガス100cc/分の流量でプラズマCVD装置内に供給した。試料温度は350℃とした。そして、カソード電極に100Wの高周波出力を2時間供給し、2μmの高純度シリコン単結晶膜4を形成した。 Next, in order to form the high-purity silicon single crystal film 4 on the halogen-containing silicon layer 3, SiH 4 gas was supplied into the plasma CVD apparatus at a flow rate of 5 cc / min and hydrogen gas of 100 cc / min. The sample temperature was 350 ° C. Then, a high-frequency output of 100 W was supplied to the cathode electrode for 2 hours to form a 2 μm high-purity silicon single crystal film 4.

その後、サンプルをプラズマCVD装置内から取り出し、高純度シリコン単結晶膜4について結晶性の評価を行った。
<工程(3)>
Thereafter, the sample was taken out from the plasma CVD apparatus, and the crystallinity of the high purity silicon single crystal film 4 was evaluated.
<Step (3)>

高純度シリコン単結晶膜4が形成された試料の表面に熱硬化型ポリイミド樹脂をスピンコート法により、乾燥後200μmとなるように塗布した。その後、乾燥機中に入れ280℃に加熱して硬化させた。
<工程(4)>
A thermosetting polyimide resin was applied to the surface of the sample on which the high-purity silicon single crystal film 4 was formed by spin coating so as to be 200 μm after drying. Thereafter, it was put in a dryer and heated to 280 ° C. to be cured.
<Process (4)>

その後、再度、プラズマCVD装置内の試料加熱ホルダーにセットし、10−1Paまで真空引きするとともに、450℃まで加熱した。装置付属ののぞき窓から観察していると、単結晶シリコンウエファー1基板から、膜状のものが剥がれるのが見られた。加熱を止め、試料ホルダーから試料を取りだしたところ、単結晶シリコンウエファー1からきれいに膜状の物質が剥がれていることが確認できた。 Then, it set to the sample heating holder in a plasma CVD apparatus again, and it vacuumed to 10 <-1 > Pa and heated to 450 degreeC. When observing from the observation window attached to the apparatus, it was found that the film-like material was peeled off from the single crystal silicon wafer 1 substrate. When the heating was stopped and the sample was taken out from the sample holder, it was confirmed that the film-like substance was peeled off from the single crystal silicon wafer 1 cleanly.

単結晶シリコンウエファー1から、ポリイミド樹脂膜5が付着したシリコン単結晶膜6が剥がれたのを確認した後、試料の加熱を停止して室温まで冷却し、プラズマCVD装置から取り出した。   After confirming that the silicon single crystal film 6 to which the polyimide resin film 5 adhered was peeled from the single crystal silicon wafer 1, heating of the sample was stopped, the sample was cooled to room temperature, and taken out from the plasma CVD apparatus.

(ハロゲン含有シリコン層3のハロゲン含有率の測定方法)
ハロゲン含有率の測定には、表面付近に存在する元素を高感度に検出できるという特徴から二次イオン質量分析(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIMS)法によって測定した。測定装置はCAMECA社製IMS−4fを使用した。測定は、加速電圧は14.5kvで、セシウムイオンの一次イオンビームを、入射角60°(試料法線方向)から30μmφの領域に照射し、サンプルのハロゲン含有シリコン層3の面に対して測定を行った。この時に得られた深さ方向のハロゲンの二次イオン強度プロファイルの平均値をハロゲン含有量とした。ハロゲン含有量は、カウント(atom/cm)として得られる。
(Measurement method of halogen content of halogen-containing silicon layer 3)
The halogen content was measured by a secondary ion mass spectrometry (SIMS) method because of the feature that elements existing near the surface can be detected with high sensitivity. The measuring device used was IMS-4f manufactured by CAMECA. The acceleration voltage is 14.5 kv, a primary ion beam of cesium ions is irradiated to a region of 30 μmφ from an incident angle of 60 ° (in the sample normal direction), and measurement is performed on the surface of the halogen-containing silicon layer 3 of the sample. Went. The average value of the secondary ion intensity profile of the halogen in the depth direction obtained at this time was defined as the halogen content. The halogen content is obtained as a count (atom / cm 3 ).

ここで、ハロゲン含有シリコン層3は、完全なSi結晶のうち、Si原子の一部がハロゲン元素に置き換わった構造であると考えられる。そのため、SIMS法によるハロゲン原子のカウント(atom/cm)の値から、完全なSi結晶である場合に1cmあたりに存在するはずのSi原子(5×1022atm/cm)のうち、どの程度のSi原子がハロゲン原子に置換されたかを求めることができる。これをハロゲン含有シリコン層3のハロゲン含有率とした。結果を表1に示す。 Here, it is considered that the halogen-containing silicon layer 3 has a structure in which a part of Si atoms is replaced with a halogen element in a complete Si crystal. Therefore, from the value of the halogen atom count (atom / cm 3 ) by SIMS method, among the Si atoms (5 × 10 22 atm / cm 3 ) that should exist per cm 3 in the case of a complete Si crystal, It can be determined how many Si atoms have been replaced by halogen atoms. This was defined as the halogen content of the halogen-containing silicon layer 3. The results are shown in Table 1.

(結晶性の評価方法)
結晶性の評価は、分光エリプソメーター(HORIBA Jobin Yvon製:UVISEL型)を使用して、4.2eVの光学遷移の大きさが、参照試料である単結晶シリコンウエファー1と同じ大きさであること、及び、スペクトルの形が同じであることを、サンプルの高純度シリコン単結晶膜4の面に対して確認した。
(Evaluation method for crystallinity)
The crystallinity is evaluated using a spectroscopic ellipsometer (manufactured by HORIBA Jobin Yvon: UVISEL type), and the optical transition of 4.2 eV is the same as that of the single crystal silicon wafer 1 as the reference sample. It was confirmed against the surface of the high-purity silicon single crystal film 4 of the sample that the spectra had the same shape.

(剥離性の評価方法)
剥離性の評価は、目視により、シリコン単結晶膜6の表面にひび割れ等がなく無事剥離しているか否かを確認した。剥離されなかったものを×、剥離されたがひび割れ等がある場合は△、ひび割れもないものを○とし、○を良好とした。結果を表1に示す。
(Peelability evaluation method)
In the evaluation of peelability, it was confirmed by visual observation whether or not the surface of the silicon single crystal film 6 was peeled off without any cracks. The case where it was not peeled was rated as x, the case where it was peeled off but cracked, etc., Δ, the case where there was no crack as ○, and ○ as good. The results are shown in Table 1.

表1

Figure 0005769023
Table 1
Figure 0005769023

本発明の製造方法によれば、シリコン単結晶膜6が、単結晶シリコンウエファーから容易、かつ良好に剥離されることが確認された。   According to the manufacturing method of the present invention, it was confirmed that the silicon single crystal film 6 was easily and satisfactorily peeled from the single crystal silicon wafer.

得られたシリコン単結晶膜6のうち、高純度シリコン単結晶膜4については、結晶性評価の結果、単結晶シリコンであることが確認できた。   Of the obtained silicon single crystal film 6, the high purity silicon single crystal film 4 was confirmed to be single crystal silicon as a result of the evaluation of crystallinity.

また、得られた単結晶シリコン膜は、膜厚が2μmと薄膜であるにもかかわらず、目視ではひび割れもなく、やや光沢のある状態であった。このような本発明のシリコン単結晶膜6は、表面平滑性に優れ、柔軟な樹脂膜と積層した状態でも、形態を保てる程度の自立性を有している。   Moreover, although the obtained single crystal silicon film was a thin film with a film thickness of 2 μm, it was not visually cracked and was slightly glossy. Such a silicon single crystal film 6 of the present invention is excellent in surface smoothness and has a self-supporting property capable of maintaining its form even when laminated with a flexible resin film.

なお、SIMS分析の結果、ハロゲン含有シリコン層3のハロゲン含有率が1原子%であったことから、仮に、得られたシリコン単結晶膜6の表面に、ハロゲン含有シリコン層3が残存していた場合あっても、得られた単結晶シリコン膜6全体のハロゲン含有率は、1原子%以下であるといえる。したがって、本発明のシリコン単結晶膜6は、99原子%以上のSi原子を含有している。   As a result of SIMS analysis, since the halogen content of the halogen-containing silicon layer 3 was 1 atomic%, the halogen-containing silicon layer 3 was temporarily left on the surface of the obtained silicon single crystal film 6. Even in some cases, it can be said that the halogen content of the obtained single crystal silicon film 6 as a whole is 1 atomic% or less. Therefore, the silicon single crystal film 6 of the present invention contains 99 atomic% or more of Si atoms.

実施例2〜8
実施例2〜8は、工程(1)〜(4)のいずれかの条件を表1のように変化させた以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Examples 2-8
In Examples 2 to 8, samples were prepared under the same conditions as in Example 1 except that any of the conditions in steps (1) to (4) was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

表1に示されるように、実施例2〜8でも、実施例1と同様に、単結晶シリコンウエファー1から容易、かつ良好に、シリコン単結晶膜6が剥離されることが確認された。なお、得られた単結晶シリコン膜6の結晶性は、実施例1と同様であった。   As shown in Table 1, also in Examples 2 to 8, it was confirmed that the silicon single crystal film 6 was peeled off from the single crystal silicon wafer 1 easily and satisfactorily as in Example 1. The crystallinity of the obtained single crystal silicon film 6 was the same as in Example 1.

実施例9
実施例9は、工程(0)を行わなかった(自然形成している酸化膜を除去しない)以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Example 9
In Example 9, a sample was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the step (0) was not performed (the oxide film formed naturally was not removed). The results are shown in Table 1.

表1に示されるように、実施例9でも、実施例1と同様に、単結晶シリコンウエファー1から容易、かつ良好に、シリコン単結晶膜6が剥離されることが確認された。なお、得られた単結晶シリコン膜6は、結晶性は、実施例1と同様であったが、工程(0)を行っている実施例1〜8と比較して、若干表面に乱れが観察された。   As shown in Table 1, it was confirmed that in Example 9 as well as Example 1, the silicon single crystal film 6 was easily and satisfactorily peeled from the single crystal silicon wafer 1. The obtained single crystal silicon film 6 had the same crystallinity as that of Example 1, but the surface was observed to be slightly distorted as compared with Examples 1 to 8 in which step (0) was performed. It was done.

比較例1
比較例1は、工程(1)を行わなかった(ハロゲン含有シリコン層3を形成しない)以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
In Comparative Example 1, a sample was produced under the same conditions as in Example 1 except that the step (1) was not performed (the halogen-containing silicon layer 3 was not formed). The results are shown in Table 1.

比較例1は、ハロゲン含有シリコン層3を有していないため、耐熱性樹脂膜5を有していても、単結晶シリコンウエファー1から、シリコン単結晶膜6の剥離は起こらず、剥離不良となった。   Since Comparative Example 1 does not have the halogen-containing silicon layer 3, even if it has the heat-resistant resin film 5, the silicon single crystal film 6 does not peel from the single crystal silicon wafer 1, and peeling failure became.

比較例2
比較例2は、工程(3)を行わなかった(シリコン単結晶膜上に耐熱性樹脂膜5を形成しない)以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Comparative Example 2
In Comparative Example 2, a sample was produced under the same conditions as in Example 1 except that the step (3) was not performed (the heat resistant resin film 5 was not formed on the silicon single crystal film). The results are shown in Table 1.

比較例2は、耐熱性樹脂膜5を有していないため、ハロゲン含有シリコン層3を有していても、単結晶シリコンウエファー1から、シリコン単結晶膜6の剥離は起こらず、剥離不良となった。   Since the comparative example 2 does not have the heat-resistant resin film 5, even if it has the halogen-containing silicon layer 3, the silicon single crystal film 6 does not peel from the single crystal silicon wafer 1, and the peeling failure occurs. became.

すなわち、本発明の製造方法に係る工程(1)〜(4)の何れか一つでも有しない場合には(比較例1および2)、本発明に係る薄層化された自立性のシリコン単結晶膜6を得ることができないことが確認された。   That is, in the case where any one of the steps (1) to (4) according to the manufacturing method of the present invention is not provided (Comparative Examples 1 and 2), the thinned self-supporting silicon unit according to the present invention is used. It was confirmed that the crystal film 6 could not be obtained.

比較例3
比較例3は、剥離工程(4)における加熱温度を20℃とすること以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Comparative Example 3
In Comparative Example 3, a sample was produced under the same conditions as in Example 1 except that the heating temperature in the peeling step (4) was 20 ° C. The results are shown in Table 1.

比較例3は、剥離工程(4)における加熱温度が、剥離に適した温度よりも低かったため、ハロゲン含有シリコン層3を有していても、単結晶シリコンウエファー1から、シリコン単結晶膜6の剥離は起こらず、剥離不良となった。   In Comparative Example 3, the heating temperature in the peeling step (4) was lower than the temperature suitable for peeling. Therefore, even if the halogen-containing silicon layer 3 is provided, the silicon single crystal film 6 is separated from the single crystal silicon wafer 1. Peeling did not occur, resulting in peeling failure.

比較例4
比較例4は、剥離工程(4)における加熱温度を750℃とすること以外は、実施例1と同様の条件で試料を作製した。結果を表1に示す。
Comparative Example 4
In Comparative Example 4, a sample was produced under the same conditions as in Example 1 except that the heating temperature in the peeling step (4) was 750 ° C. The results are shown in Table 1.

比較例4は、剥離工程における加熱温度が、剥離に適した温度よりも高かったため、単結晶シリコンウエファー1から、シリコン単結晶膜6は剥離されたが、ポリイミド樹脂が変質し、シリコン単結晶膜6にクラックが生じた。そのため、得られたシリコン単結晶膜6の表面平滑性は劣る結果となった。   In Comparative Example 4, since the heating temperature in the peeling process was higher than the temperature suitable for peeling, the silicon single crystal film 6 was peeled from the single crystal silicon wafer 1, but the polyimide resin was altered and the silicon single crystal film was 6 cracked. Therefore, the surface smoothness of the obtained silicon single crystal film 6 was inferior.

1・・・単結晶シリコンウエファー
2・・・酸化膜
3・・・ハロゲン含有シリコン層
4・・・高純度シリコン単結晶膜
5・・・耐熱性樹脂膜
6・・・シリコン単結晶膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal silicon wafer 2 ... Oxide film 3 ... Halogen containing silicon layer 4 ... High purity silicon single crystal film 5 ... Heat-resistant resin film 6 ... Silicon single crystal film

Claims (5)

単結晶シリコンウエファー上に、ハロゲン含有シリコン層を形成する工程(1)と、
前記ハロゲン含有シリコン層の表面に、所望の厚みの高純度シリコン単結晶膜を形成する工程(2)と、
前記高純度シリコン単結晶膜上に耐熱性樹脂膜を形成する工程(3)と、
加熱により、前記高純度シリコン単結晶膜を前記耐熱性樹脂膜と共に、前記ハロゲン含有シリコン層にて剥離する工程(4)とを有するシリコン単結晶膜の製造方法。
A step (1) of forming a halogen-containing silicon layer on the single crystal silicon wafer;
A step (2) of forming a high-purity silicon single crystal film having a desired thickness on the surface of the halogen-containing silicon layer;
Forming a heat-resistant resin film on the high-purity silicon single crystal film (3);
And a step (4) of peeling the high-purity silicon single crystal film together with the heat-resistant resin film with the halogen-containing silicon layer by heating.
前記工程(1)および(2)が、エピタキシャル成長法により行われる請求項に記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal film according to claim 1 , wherein the steps (1) and (2) are performed by an epitaxial growth method. 前記工程(1)および(2)が、プラズマCVD法により行われる請求項またはに記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal film according to claim 1 or 2 , wherein the steps (1) and (2) are performed by a plasma CVD method. 前記耐熱性樹脂膜が、ポリイミド樹脂からなる請求項1〜3のいずれかに記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 The heat-resistant resin film, a method for manufacturing a silicon single crystal film according to claim 1 made of a polyimide resin. 前記工程(4)において、加熱温度が200〜700℃であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン単結晶膜の製造方法。 5. The method for producing a silicon single crystal film according to claim 1 , wherein the heating temperature is 200 to 700 ° C. in the step (4).
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